模电设计电子声光门铃系统.docx
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模电设计电子声光门铃系统
模电综合设计
实
验
报
告
设计名称:
电子声光门铃系统
综合设计题目：
电子声光门铃系统
摘要
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
近几年来，随着市场上智能化楼宇的不断升温，门铃系统已作为智能化办公室和智能化住宅小区的一个重要组成部分，被各商家和用户所接受。
人们已开始习惯用门铃系统代替传统的铁钥匙去管理各通道门，这使门铃系统得到了飞跃性的发展。
随着电子技术的飞速发展，通过简易元器件实现人们对物质生活的满足，这将会日益成为今后的一个重要发展的方向。
一、设计的任务和具体要求：
任务：
1）巩固和提高学过的基础理论和专业知识；
2）提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力；
3）培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能；
4）增强对实际电路的认识，掌握分析处理方法，进行调试、计算等基本技能的训练，使之具有一定程度的实际工作能力。
5）掌握科研、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。
6）促使我们学习和获取新知识，掌握自我学习的能力。
7）通过参与实际工作，使我们了解社会和工作，具备一定的实际工作能力
8）通过设计电子门铃系统，了解电子门铃及发光二极管的工作原理和内部构造、及振荡信号的产生。
要求：
1．根据电子门铃课题任务制定合理、可行的工作计划；
2．进行必要的调研和资料搜集、文献阅读；
3．硬件设计符合原理表示、电路图纸和工艺要求的各种规范；
4．制定系统（模块）的测试方法，并根据完整的测试数据对系统（模块）的性能指标做出分析和评价；
5.电子门铃效果的实现及改进；
6.对课题成果进行总结，撰写设计实验报告书及心得体会。
二、电子门铃的应用：
电子门铃是音乐集成电路的最基本，最简单的应用。
在按下门铃开关后，门铃会产生较高平率的“叮”声，当松开按钮后，则会发出较低频率的“咚”声。
它由放大器、扬声器、二极管、电阻、电容和电源等部分组成。
它的音质清晰，装调简单容易、灵敏度高、性能稳定、安全可靠、成本较低耗电量也较低。
三、整体设计方案
元器件材料的选择
扬声器：
扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。
扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。
扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。
音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音。
一般扬声器是由：
磁铁、框架、定心支片、模折环锥型纸盆组成的。
我们最常见的电动式锥形纸盆扬声器。
电动式锥形扬声器即过去我们常说成纸盆扬声器，尽管2014年振膜仍以纸盆为主，但同时出现了许多高分子材料振膜、金属振膜，用锥形扬声器称呼就名符其实了。
锥形纸盆扬声器大体由磁回路系统（永磁体、芯柱、导磁板）、振动系统（纸盆、音圈）和支撑辅助系统（定心支片、盆架、垫边）等三大部分构成。
1．音圈：
音圈是锥形纸盆扬声器的驱动单元，它是用很细的铜导线分两层绕在纸管上，一般绕有几十圈，又称线圈，放置于导磁芯柱与导磁板构成的磁疑隙中。
音圈与纸盆固定在一起，当声音电流信号通入音圈后，音圈振动带动着纸盆振动。
2．纸盆：
锥形纸盆扬声器的锥形振膜所用的材料有很多种类，一般有天然纤维和人造纤维两大类。
天然纤维常采用棉、木材、羊毛、绢丝等，人造纤维则采用人造丝、尼龙、玻璃纤维等。
由于纸盆是扬声器的声音辐射器件，在相当大的程度上决定着扬声器的放声性能，所以无论哪一种纸盆，要求既要质轻又要刚性良好，不能因环境温度、湿度变化而变形。
3．折环：
折环是为保证纸盆沿扬声器的轴向运动、限制横向运动而设置的，同时起到阻挡纸盆前后空敢流通的作用。
折环的材料除常用纸盆的材料外，还利用塑料、天然橡胶等，经过热压粘接在纸盆上。
4．定心支片：
定心支片用于支持音圈和纸盆的结合部位，保证其垂直而不歪斜。
定心支片上有许多同心圆环，使音圈在磁隙中自由地上下移动而不作横向移动，保证音圈不与导磁板相碰。
定心支片上的防尘罩是为了防止外部灰尘等落磁隙，避免造成灰尘与音圈摩擦，而使扬声器产生异常声音。
电容：
定义：
是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。
当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。
任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器。
平行板电容器由电容器的极板和电介质组成。
特点：
1.它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力。
2.在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变。
电容器的充电：
两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。
电容器的放电：
电容器两极正负电荷通过导线中和。
在放电过程中导线上有短暂的电流产生。
3.电容器的容抗与频率、容量之间成反比。
即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小。
其他器件：
本设计还选取一些常规的电阻、开关、发光二极管等元器件；本实验选取比较简单的器件使得本设计可以得到广泛的应用。
四、电路设计及实物图
1）电路说明
这是一个实现音调变换的电子门铃系统，它主要是利用电容器C1的充、放电作用来改变振荡器的振荡频率来实现的。
三极管VT1与VT2组成互补型自激多谐音频振荡器，电阻R3、电容C2构成的正反馈昂罗使电路起振。
C1是起变调作用的充、放电电容。
在门铃按钮S1未按下时，VT1和VT2均处于截止状态。
电路不振荡，扬声器BP无声，当有客人来访按下S1时，电源通过R1向C1充电，使VT1的基极电位逐渐上升，荡电位上升到0.7V左右时，电路开始起振。
扬声器BP开始发声。
随着C1两端的电压不断升高，音调也随之发生变化。
当C1两端电压达到1.5V左右时，音调不再发生变化而趋向稳定。
松开按钮S1后，C1所储存的电荷将通过电阻R2向VT1的发射结放电，扬声器BP会继续发声，同时音调也会发生变化，此时声音将维持几秒钟时间，且音色也是逐渐降低。
当C1存储的电荷绝大部分放完后，电路即停止振荡，恢复原来的静止状态。
2）电路原理图（图1）：
图1
3）创新及电路原理图
在此设计实验中，通过增加高亮度的发光二极管和改进部分电路，增设于本电路中，使电路效果更加的明显。
电路原理图如下（图2）：
图2
4）电路装配图（图3）：
图3
5）装调提示：
适当增大R3阻值，或者增加C2的电容值。
可以降低振荡频率，反之振荡频率将升高。
阻值R1的阻值需适当，如阻值过大，当按下按钮S1后，电容C1充电时间过长。
将导致电路不能马上起振。
S1可用4位拨码开关中的一位代用。
先将开关置于ON位置，稍后再断开，以模拟按钮开关的动作过程，电源使用四节5号电池。
6）元器件清单：
名称
编号
参考数值
名称
编号
参考数值
电阻
R1
10kΩ
三极管
Vt1
9013
电阻
R2
47kΩ
三极管
Vt2
9012
电阻
R3
4.7kΩ
扬声器
BP
8Ω
电解电容
C1
47uf
开关
S1
四位拨码开关代用
瓷片电容
C2
103
电池
BT3V
4节5号电池
电解电容
C3
47uf
发光二极管
LED1，2
表1
7）电路实物图:
8）产品的推广及应用价值：
本产品应用价值高，可以在很多方面得到广泛的应用，为人们的生活和工作提供更好的帮助，主要可以应用于以下几点：
（a）假性近视治疗仪的创新，可以使人们在治疗假性近视时，放松心情，缓解疲劳。
（b）电子门铃的创新使用，外带增加不影响视力的提示灯，既可以为门铃做指示灯，又可以使得眼睛疲劳得到缓解。
（c）警察巡逻灯的推广应用。
9）设计心得体会：
本设计由电容器C1的充、放电作用来改变振荡器的振荡频率来实现的电子门铃。
通过设计声光电子门铃，了解电子门铃的工作原理和内部构造。
增强了我们的动手实践能力，巩固了我们课堂上学习的理论知识；提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力；促使我们学习和获取新知识，掌握自我学习的能力。
【注】：
此设计实验由李国永、张鸿鹏两个人合作完成，李国永承担设计、修改电路图，组装电阻、电容等元器件和搜索电子门铃相关资料的任务；张鸿鹏组装发光二极管等元器件，调试电路实际效果，撰写设计实验报告。
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